Введение

           Современное общество не может существовать без большинства технологических процессов, служащих для производства жизненно важной продукции, но при этом сопровождающихся антропогенным воздействием на окружающую среду, которое приобретает угрожающие масштабы и способно привести к необратимым изменениям в природе. Однако, произошедшее в XX веке осознание обществом возникшей угрозы, до сих пор не привело к положительным сдвигам в сокращении загрязнения окружающей среды. В настоящее время в Украине ситуация осложнена еще и экономическим кризисом, не способствующим обеспечению требований экологической безопасности.
          Стремительный рост потребления природных ресурсов сопровождается не только изменением количественных масштабов антропогенного воздействия, но и появлением новых факторов, влияние которых на природу, ранее незначительное, становится доминирующим. Наносимый природным компонентам ущерб ведёт к ощутимым последствиям и отражает обратную реакцию этого воздействия (негативную для общества) обобщаемую понятием «современная экологическая ситуация».
          Среди различных экологических проблем на первый план выдвигается проблема потребления воды, прежде всего чистой пресной.
          Вследствие вовлечения природных вод в производственно-бытовой круговорот происходит их количественное истощение и качественное изменение.
          Количественное истощение водных ресурсов обусловлено непрерывным увеличением водозабора, который распределяется так: 60% - для нужд сельского хозяйства; 30% - промышленности и теплоэнергетики; 10% - коммунально-бытовые нужды. При этом дефицит пресной воды усиливается безвозвратным водопотреблением (особенно в сельском хозяйстве, достигающем 60%), непрерывным увеличением водоемкости многих отраслей промышленности, а также увеличением ее расхода для нужд населения. Если современные масштабы использования водных ресурсов будут иметь место и в будущем, станет вполне реальной угроза их истощения, будет ощущаться «водный кризис».
          В настоящее время в маловодные годы дефицит воды даже в условиях спада производства составляет, примерно, 500 млн. м3/год. Четвертая часть городов области (к которым относятся Горловка, Макеевка, Константиновка, Торез, Снежное, Димитрово, Новогродовка и многие шахтные поселки) получают воду по графику; имеют место случаи полного прекращения подачи воды в течение суток, а в ряде населенных пунктов задача частично решается только за счет привозной воды. От нерегулярной подачи воды особенно страдают восточные, южные и северно-западные районы области [1].
          Кроме возросшей потребности в воде обострение проблемы объясняется также действием природных и антропогенных факторов, из которых два являются определяющими: природный (географический); степень экономического развития и прирост народонаселения страны.
          Под природно-географическим фактором понимается неравномерность распределения водных ресурсов по площади, а также неравномерность стока рек в течение года. Например, обеспеченность водными ресурсами в Донецком регионе составляет всего 190 м3/год на одного человека, при средней в Украине - 1000 м3/год на человека [2].
          Под влиянием хозяйственной деятельности человека происходит сокращение запасов пресных вод. Оно связано с уменьшением водоносности рек, что происходит вследствие понижения уровня грунтовых вод из-за вырубки лесов, распашки полей и осушения болот. При этом увеличивается поверхностный сток. Весной происходит быстрое таяние снега, выпадают обильные дожди, что вызывает катастрофические половодья. Однако реки быстро мелеют, иногда пересыхают полностью. И наконец, дефицит пресной воды усугубляется тем, что чистые воды в больших количествах идут на разбавление промышленных и бытовых отходов.
          Проблема хозяйственно-питьевого водоснабжения и охраны поверхностных и подземных вод от загрязнения сточными водами давно стала проблемой государственной важности. Это связано с нарастающим дефицитом питьевой воды, загрязнением основных источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения - рек Днепр и Северский Донец, а также питьевых и технических водохранилищ, практически всех малых рек Западного и Центрального Донбасса.
          Наибольшее отрицательное воздействие на водные объекты Донбасса оказывают сбрасываемые шахтные воды. Это объясняется их огромным притоком; низким качеством по многим показателям, несоответствующим современным требованиям правил охраны поверхностных вод от загрязнения; а также масштабным воздействием процессов угледобычи на водные объекты в течение длительного времени на огромной территории от Дона до Днепра.
          Вода рек Кальмиус, Миус, Бахмут, Крынка, Соленая, Самара и многих других становится непригодной для нужд сельского хозяйства, рыбохозяйственных и культурно-бытовых целей из-за значительного повышения уровня минерализации, загрязненности взвешенными веществами и органическими соединениями, а также по бактериологическим показателям [1]. Во всем мире на обезвреживание сточных вод ежегодно затрачивается более 5500 км3 чистой воды – втрое больше, чем на все другие нужды человечества. Это 30% устойчивого стока всех рек земного шара. Следовательно, основную угрозу нехватки воды порождает не безвозвратное промышленное потребление, а загрязнение природных вод промышленными стоками [3].

1. Анализ влияния предприятий горной промышленности на окружающую водную среду

          Горное производство технологически взаимосвязано с процессами воздействия человека на окружающую среду с целью обеспечения сырьевыми и энергетическими ресурсами различных сфер хозяйственной деятельности. Элементы природы, которые могут быть вовлечены или уже используются человеком в хозяйственной деятельности для удовлетворения разнообразных потребностей, обобщаются понятием природных ресурсов. В широком плане под ресурсом следует понимать как источники получения вещества, так и пространство – среду их размещения и жизнедеятельности.
          Водные объекты Донбасса продолжают загрязняться сточными водами промышленных предприятий. Особенно, сильное воздействие на состояние водных объектов Донбасса оказывают шахтные воды. Это объясняется тем, что:
          - во-первых, сток сбрасываемых шахтных вод настолько велик (примерно 1,2 млрд. м3/год, из них около 900 млн. м3/год попутно-добываемых), что их объемы стали сопоставимыми с объемами естественного стока малых рек;
          - во-вторых, качество откачиваемых шахтных вод не соответствует современным требованиям «Правил охраны поверхностных вод от загрязнения возвратными водами».
          - в-третьих, в региональные сферы интенсивного техногенного воздействия угледобычи на гидрографическую сеть Донбасса уже в течение длительного времени вовлечены огромные территории от Дона до Днепра, где работает более сотни угольных шахт.
          Шахтные воды являются попутным продуктом добычи угля. В формировании их притоков и состава определяющими являются атмосферные, геолого-структурные, гидрогеологические и гидродинамические условия, а также горнотехнологические факторы разработки месторождения.
          Сточные воды горной промышленности подразделяют на следующие группы:
          - шахтные воды (шахтные воды и воды от осушения шахтных полей);
          - карьерные воды разрезов (карьерные воды и воды от осушения карьерных полей);
          - производственные сточные воды (поверхностного комплекса шахт, разрезов, обогатительных фабрик, заводов и др.);
          - хозяйственно-бытовые сточные воды работающих производств;
          - коммунально-бытовые воды населения поселков, находящихся на балансе угольных предприятий.
          Наибольший вред окружающей среде наносят загрязненные рудничные воды, сток которых начинается при вскрытии водоносных горизонтов подземными горными выработками. Таким образом, решающую роль в формировании стока шахтных вод играют подземные воды.
          При производстве подземных горных работ образуются три вида водопритоков (три системы обводнения) по шахтному полю: при проходке подготовительных и основных выработок; при очистных работах; из погашенных выработок [4].
          При проходке выработок и ведении очистных работ вокруг выработок и над выработанным пространством формируются так называемые депрессионные поверхности (воронки), наличие которых указывает на постепенное понижение уровня воды в водоносном горизонте, хотя приток ее может быть продолжительным и значительным по величине.
          Образующиеся депрессионные воронки резко нарушают природный режим водоносных пластов. Если запасы воды в одиночном пласте невелики по сравнению с оттоком, то происходит постепенное осушение подработанной части водоносного пласта и даже прекращение притока. При больших запасах воды в водоносных пластах приток ее в шахту по мере постепенного развития очистных работ возрастает.
          В районах интенсивной разработки угольных месторождений из-за образования депрессионных воронок наблюдается общее понижение уровня подземных вод, т.е. осушение горного массива на некоторую глубину от поверхности, а следовательно, уровня питьевой воды в колодцах.
          Шахтные воды формируются за счет подземных и поверхностных вод, проникающих в подземные горные выработки. Стекая по выработанному пространству и горным выработкам, они загрязняются взвешенными и обогащаются растворимыми химическими и бактериологическими веществами, приобретают в некоторых случаях кислую реакцию. Наличие загрязнений в воде вызывает ее помутнение, обуславливает окисляемость и цветность, придает запах и привкус, определяет минерализацию, кислотность и жесткость.
          Шахтные воды загрязняются взвешенными веществами, нефтепродуктами и бактериальными примесями при движении по горным выработкам, выработанному пространству, стволам. Взвешенные вещества образуются и поступают в воду в результате разрушения горного массива и при погрузке отбитой массы на транспортные средства; при дренаже вод через выработанное пространство на штрек; при перекреплении выработок. Такие источники загрязнения называются основными или первичными. В условиях горного производства возникают и вторичные источники поступления взвесей в шахтные воды: при транспортировке горной массы (особенно на погрузочных пунктах, на пересыпах, по стволам), при движении транспорта и перемещении людей в подтопленных местах выработок, при сдувании вентиляционными струями технологической и инертной пыли.
          Активным источником загрязнения воды в транспортной выработке является конвейер. При переполнении ставов скребковых конвейеров горной массой выше бортов она сползает на почву и увлекается водой. Угольная и породная мелочь стряхивается с цепи и скребков конвейера в пространство, окружающее приводную головку, в том числе в водный поток. Повышается загрязненность воды в первую очередь у пересыпов, особенно если в их окрестности выработка подтоплена [3].
          Освоение новых угольных месторождений в сложных гидрогелогических условиях, а также постоянный переход горных работ на более глубокие горизонты приводят к увеличению объемов и загрязненности попутно-добываемых вод.
     Постоянно растущие требования к качеству сточных вод при их выпуске в поверхностные водные объекты обусловливают необходимость применения различных водоохранных мероприятий, методов и технологий.
          Как известно, первым и основным мероприятием защиты водного бассейна является строгое соблюдение правил и норм, регламентирующих поступление загрязнителей в окружающую среду, что стимулирует применение мероприятий инженерной защиты гидросферы.
          В соответствии с «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения возвратными водами» к мероприятиям инженерной защиты водотоков и водоемов относят:
          - очистку шахтных вод;
          - их повторное использование;
          - устройство оборотных систем водоснабжения;
          - сокращение поступления примесей в попутно-добываемые шахтные воды путем совершенствования технологических процессов;
          - др.
          Применительно к горнодобывающей промышленности основными направлениями по охране водных ресурсов являются:
          1. Сокращение водопритоков в горные выработки.
          2. Снижение загрязненности вод в подземных горных выработках.
          3. Обеспечение качества вод при их потреблении и отведении.
          4. Максимальное использование шахтных вод для технического водоснабжения предприятий и сельскохозяйственных нужд.
          5. Внедрение оборотных систем производственного водоснабжения предприятий [4].
          Большую роль в решении проблемы эффективной охраны водных ресурсов играют также организационно-технические мероприятия: запрещение ввода в эксплуатацию новых угольных предприятий без очистных сооружений; строгое выполнение условий спуска шахтных вод в водные объекты, в том числе запрещение спуска вод, содержащих вещества, для которых не установлены ПДК, и обеспечение возможности наиболее полного смешения шахтных вод с водой водного объекта в местах выпуска шахтных вод; строгое соблюдение технологической дисциплины; нормирование расхода воды; повышение производственной экологической культуры работников отрасли.
          Сокращением водопритоков в горные выработки предупреждается истощение ресурсов подземных вод, а поверхностные водные объекты предохраняются от излишнего загрязнения. Кроме того, в результате уменьшения обводненности подземных выработок улучшаются условия труда горнорабочих, условия эксплуатации оборудования и механизмов. В отдельных случаях воды, откачиваемые при сокращении притоков с помощью водопонижающих скважин, используются для снабжения населенных пунктов и промышленных предприятий. Однако необходимость сокращения водопритоков неодинакова для различных месторождений и шахт. Она в основном находится в прямой зависимости от обводненности шахты и химического состава шахтных вод.
          До настоящего времени не найдено исчерпывающих мер в области технологии добычи и обработки отходов, обеспечивающих достижение экотехнологии наивысшего уровня в добывающей подотрасли. Для некоторых видов отходов не созданы эффективные технологии переработки и утилизации. Это, в частности, относится к способам очистки высокоминерализованных вод. Их деминерализация при современной технологии требует значительного количества энергии, получение которой может еще более негативно влиять на природную среду.
          И все же совокупность экотехнологических мероприятий может быть экономически оправданной, приносить высокую прибыль. Действительно, отходы этих технологий, нанося вред природным объектам, содержат ценные элементы, которые могут стать сырьем строительной индустрии. Для получения этих материалов в другом месте, в значительном отдалении от потребителей, часто организуется новое производство со своей инфраструктурой и т.д. В этом случае негативную роль играет отраслевая разобщенность и не преследуются интересы производства и природопользования.
          Несмотря на наличие нерешенных проблем, может быть реализован комплекс мер, существенно снижающих вредное воздействие на природную среду [6].
          Необходимо создание эффективных способов обработки и использования шахтных вод, в частности повторного применения их на обогатительных фабриках, а также предотвращения вредного влияния шахтных вод путем создания искусственных водоемов или использования существующих водоемов с соответствующим биоценозом. Повторное (оборотное) использование воды в процессе обогащения полезных ископаемых исключает попадание в водные объекты весьма вредных флотореагентов, нефтепродуктов, мелкодиспергированных взвешенных веществ.

2. Характеристика процессов водопотребления и водоотведения на предприятии

          Шахта «Щегловская-Глубокая» является действующим угледобывающим предприятием. Производственная мощность шахты составляет 600 тыс. тонн в год, фактически добыто в 2006 году – 979,5 тыс. тонн в год. Численность работающих составляет 3,5 тыс. человек.
          На шахте имеются системы хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения, хозяйственно-бытовой канализации и водоотведения шахтных вод. Система ливневой канализации отсутствует. На предприятии имеется паспорт водного хозяйства и план водопроводных канализационных сетей.
          Источником хозяйственно-питьевого и производственного водоснабжения шахты являются водопроводные сети КП «Макеевский горводоканал» и Донецкого РПУ КП «Компания Вода Донбасса» (ранее Донецкое РУ ГПП «Укрпромводчермет»). Подача воды от КП «Макеевский ГВК» и передача ему хозяйственно-бытовых сточных вод осуществляется на основании договора. Договор с Донецким РПУ КП «Компания Вода Донбасса» был заключен 06.02.2004 г №75 в связи с тем, что сети КП «Макеевский горводоканал» не в состоянии полностью обеспечить потребности шахты в питьевой воде. Дополнительное соглашение к этому договору подписано 18.02.2006 г. И 15.10.2007 г.
          Питьевая вода на шахте используется как непосредственно для хозяйственно-питьевых нужд (обеспечение работающих, бани, прачечные, уборка, столовая), так и для производственных нужд (подпитка оборотных систем водоснабжения котельной и компрессорной).
          Для хозяйственно-питьевых нужд шахты в 2005-2006 гг. использовалось почти 40 тыс. м3/год питьевой воды.
          В оборотный цикл компрессорной входят турбокомпрессоры типа К-250, ЦТК-275, башенная градирня, насосы НД-320 (один рабочий, один резервный), трубопроводы. Расход воды в системах оборотного водоснабжения составляет согласно госстатотчетности по форме №2 ТП (водхоз) 3025 тыс. м3/год. Учет оборотной воды ведется по производительности насосов и времени их работы.
          Сторонним предприятиям и организациям питьевая вода не предлагается.
          Объемы водоотведения сточных вод в систему хозяйственно-бытовой канализации примерно соответствуют объемам водопотребления на хозяйственно-питьевые и производственные нужды (за исключением безвозвратных потерь) и составляли 2005-2006 гг. около 57 тыс. м3/год. Водоотведение сточных вод осуществляется в сети городской канализации КП «Макеевский горводоканал».
          Приток шахтных вод в горные выработки шахты «Щегловская-Глубокая» складывается из собственного водопритока, а также из водопритока закрывающихся шахт им. Орджоникидзе и «Красногвардейская».
          Проектами закрытия шахт им. Орджоникидзе и «Красногвардейская» предусматривается ликвидация собственных водоотливных комплексов и передача шахтных вод на водоотливной комплекс шахты «Щегловская-Глубокая», который с учетом этого должен быть реконструирован.
          Согласно проектов закрытия этих шахт дополнительный приток в горные выработки шахты «Щегловская-Глубокая» составит от шахты «Красногвардейская» - 420 м3/ч и от шахты им. Орджоникидзе – 280 м3/ч. При этом собственный приток шахты «Щегловская-Глубокая» составляет около 380 м3/ч.
          После ликвидации водоотливных комплексов закрывающихся шахт, выработанное пространство в первое время будет затопляться водой до определенного уровня, после чего начнется переток в шахту «Щегловская-Глубокая». На первом этае после ликвидации шахт им. Орджоникидзе и «Красногвардейская» общий водоприток должен составить в среднем 939 м3/ч, при максимальном 985 м3/ч. На полное развитие ожидаются величины соответственно 1094 и 1216 м3/ч.
          Реализуя проектные решения ГП «Донуглереструктуризация» в течение 2003-2006 гг. выполнило реконструкцию водоотливного комплекса на шахте «Щегловская-Глубокая» в количестве 66 основных средств и актом приемки передачи от 01.12.2006 г. Передало на баланс ГОАО «Шахтоуправление Донбасс». Новым водоотливным комплексом предусмотрено сохранение существующей 2-х ступенчатой схемы откачки воды на поверхность с реконструкцией водоотливов на горизонтах 534 и 915 м, которая заключается в замене насосных агрегатов и сооружении новых насосных камер на горизонте 915 м с одновременной прокладкой 3 новых трубопроводов по клетьевому стволу №2.
          Шахтные воды шахты «Щегловская-Глубокая» (собственный приток и приток из ликвидированных шахт им. Орджоникидзе и «Красногвардейская») пройдя шламоотстойник собираются в 5-ти водосборниках V=300 м3, V=800 м3, V=1200 м3, V=2500 м3, V=2500 м3, откуда насосами ЦНС 300х480 (3 шт) и ЦНСШ 300х430 (7 шт) перекачиваются на горизонт 534 м, где расположен перекачной водоотлив. На горизонте 915 м происходит забор шахтных вод на пылеподавление и пожаротушение. С горизонта 534 м шахтные воды выдаются на поверхность насосами ЦНС 300х600 (3 шт) и ЦНСШ 300х570 (7 шт).
          В комплекс очистных сооружений шахтных вод на поверхности входят следующие объекты:
          - здания реагентного хозяйства (в качестве коагулянта для снижения содержания взвешенных веществ, применяются сернокислый алюминий совместно с реагентом Павлак-40);
          - горизонтальный 3-х секционный отстойник;
          - горизонтальный 4-х секционный отстойник;
          - 2-х секционный контактный резервуар для хлорирования шахтных вод;
          - здание хлораторной;
          - трубопроводы хозяйственно-питьевой, технической, хлорной воды;
          - отводной коллектор шахтных вод диаметром 800 мм;
          - пруд-отстойник.
          Проектная мощность очистных сооружений – 1200 м3/ч или 10,5 млн. м3/год.
          Динамика сброса шахтных вод за последние годы показывает начавшийся и продолжающийся рост водопритока: 2004 г – 1248 тыс. м3, 2005 г – 1987 тыс. м3, 2006 г – 3554 тыс. м3, 2007 г (1-е полугодие) – 2606 тыс. м3 (в среднем около 600 м3/ч).
          Анализ химического состава сбрасываемых шахтных вод показывает, что механическая очистка по взвешенным веществам и нефтепродуктам, а также показатели по всем другим нормируемым веществам находятся в пределах допустимых в ПДС концентраций. Исключение составляет солевой состав (минерализация, хлориды, сульфаты) [5].

Схема отведения шахтных вод шахты "Щегловская-Глубокая" в реку Кальмиус за 2006г. (Анимация: количество кадров - 7, количество повторений - 6.)

3. Существующие методы очистки сточных вод

          Промышленные сточные воды и находящиеся в них примеси разнообразны. Поэтому нет единого способа очистки вод, а выбор оптимального метода значительно усложнен.
          Для очистки шахтных вод предусматривается комплекс специальных сооружений, в которых по ходу движения отводимая вода постепенно очищается сначала от грубо- и коллоиднодисперсных, а затем от истинно растворенных примесей. В процессе очистки производятся также операции по обеззараживанию вод, обработки осадков, образующихся при осветлении вод, и рассолов - «хвостов» деминерализации вод.
          Следует различать методы механической, химической, физико-химической и биологической очистки производственных сточных вод. Их можно интенсифицировать применением электростатических и магнитных полей. Во всех случаях очистки сточных вод первой стадией является механическая очистка, предназначенная для удаления грубодисперсных и коллоидно-дисперсных частиц. Последующая очистка от истинно-растворенных химических веществ осуществляется различными методами: химическими (реагентное осаждение), физико-химическими (флотация, абсорбция, ионный обмен, дистилляция, обратный осмос, ультрафильтрация и др.), электрохимическими и биологическими. В отдельных случаях для уничтожения весьма вредных веществ применяют термические методы. Во многих случаях, приходится применять комбинацию указанных методов.
          Таким образом, в зависимости от характера примесей, содержащихся в сточных водах, применяют те или иные методы их очистки. Наиболее часто используемыми из них являются следующие:
          1) для извлечения взвешенных суспензированных и эмульгированных примесей – коагуляция и флокуляция, осаждение гравитационное и центробежное, фильтрование, флотация, центрифугирование (для грубодисперсных частиц), электрические методы осаждения (для мелкодисперсных и коллоидных частиц);
          2) для очистки от минеральных (неорганических) истинно-растворенных соединений - реагентное осаждение, ионный обмен, обратный осмос, ультрафильтрация, электродиализ, дистилляция, электрические методы;
          3) для очистки от органических соединений - экстракция, абсорбция, флотация, ионный обмен, реагентные методы (регенерационные методы); биологическое окисление, жидкофазное окисление, парофазное окисление, озонирование, хлорирование, электрохимическое окисление (деструктивные методы);
          4) для очистки от газов и паров - отдувка, нагрев, реагентные методы;
          5) для уничтожения вредных веществ - термическое разложение. В перспективе основной удельный вес очистки стоков будет приходиться на механический и физико-химический методы очистки (70% всех очищаемых стоков), а по капиталовложениям основное внимание будет уделяться физико-химическому (54%) и химическому (20%) методам.
          Шахтные воды в большинстве случаев представляют собой суспензии или эмульсии, содержащие коллоидные частицы размером 0,001-0,1 мкм, тонкодисперсные частицы 0,1-10 мкм и грубодисперсные частицы размером более 10 мкм.
          Механическая очистка сточных вод предназначена для выделения из них нерастворенных взвешенных веществ (ВЗВ) как минеральных, так и органических, т.е. для осветления вод. Как правило, механическая очистка является предварительным и реже - окончательным этапом очистки вод. В основном, она используется для подготовки сточных вод на последующих этапах их более глубокой очистки: физико-химическом, биологическом и др. Кроме термина “механическая” в научно-технической литературе применяется также термин “гидромеханическая” очистка.
          Удаление ВЗВ из воды при ее механическом осветлении осуществляется двумя основными способами: осаждением и фильтрованием. Кроме того, для этой цели используется флотация, а также начинают находить применение электромагнитные методы. Иногда для извлечения из шахтных вод крупных примесей (во избежание засорения труб, каналов, нарушения работы насосов и др.) применяется процеживание. Оно осуществляется с помощью решеток и сит.
          Как осаждение, так и фильтрование могут осуществляться в безреагентном и реагентном режимах. Безреагентное осаждение используют обычно для грубой очистки (остаточная концентрация ВЗВ 50-150 мг/л); при этом практически не извлекаются коллоидные частицы. Реагентная обработка значительно увеличивает скорость и эффективность осаждения. Она применяется как самостоятельный метод, а также для снижения концентрации ВЗВ перед их осаждением и фильтрованием.
          Основными физико-химическими методами агрегации коллоидных примесей являются коагуляция и флокуляция. Оба метода реализуются путем добавления в воду химических реагентов и имеют целью ускорение процесса осаждения тонкодисперсных примесей и эмульгированных веществ. Несмотря на общую цель использования и внешнюю похожесть между ними имеет место принципиальное отличие.
          Коагуляция (слипание, свертывание) основана на предварительной нейтрализации электрического заряда гидрофобных частиц растворенным реагентом (коагулянтом) и их последующего агрегирования.
          В качестве коагулянтов обычно используют соли алюминия, железа или их смеси. Выбор коагулянта зависит от его состава, физико-химических свойств и стоимости, концентрации примесей в воде, от рН и солевого состава воды.
          В качестве коагулянтов используют сульфат алюминия Al2(SO4)3x 18H2O; алюминат натрия NaAlO2; гидроксохлорид алюминия А12(ОН)5С1; тетраоксосульфаты алюминия-калия и алюминия-аммония [квасцы - алюмокалевые KA1(SO4)2x12H2O и аммиачные NH4A1(SO4)x12Н2О]. Из них наиболее распространен сульфат алюминия, который эффективен в интервале значений рН-5-7,5. Он хорошо растворим в воде и имеет относительно низкую стоимость. Его применяют в сухом виде или в виде 50%-го раствора.
          Флокуляция не предполагает нейтрализации зарядов частиц, а обеспечивается соединением частиц полимерными мостиками – молекулами адсорбированного или химически связанного с частицами флокулянта. Она используется для агрегирования гидрофильных коллоидных частиц.
          По происхождению различают следующие виды флокулянтов:
           - неорганические полимеры;
          - природные высокомолекулярные органические вещества;
          - синтетические органические полимеры.
          В практике очистки сточных вод наиболее распространенными являются синтетические высокомолекулярные флокулянты как неионные, так и ионные. В частности для очистки шахтных вод наиболее часто используют анионные синтетические флокулянты: технический полиакриамид (ПАА), в виде густой желеобразной массы, содержащей 4…9 % полимера; флокулянты типа К-4, К-6; активированная кремниевая кислота, катионный флокулянт ВА-2.
          При осветлении и обесцвечивании вод коагулированием с последующим отстаиванием и фильтрованием из них удаляется значительная часть (90...95%) бактерий. Однако среди оставшихся, могут находиться и болезнетворные (патогенные) микроорганизмы. Поэтому перед использованием осветленных вод в техническом или хозяйственно-бытовом водоснабжении, в процессах деминерализации (особенно мембранными способами) и, наконец, при отведении в поверхностные водные объекты их подвергают обязательному обеззараживанию (дезинфекции). Эффект обеззараживания должен составлять практически 100%.
          Кроме бактериальных примесей, в сточных водах могут содержаться также ядовитые цианиды и другие органические и неорганические соединения, такие как сероводород, гидросульфид, сульфид и др., которые также должны обезвреживаться.
          Для извлечения из сточных вод перечисленных загрязнителей используют так называемые деструктивные методы их разрушения под действием:
          - сильных химических окислителей;
          - ультрафиолетового, ультразвукового и ионизирующего излучения;
          - электрохимических процессов;
          - высоких температур;
          - ионов благородных металлов.
          Механизм биологической очистки вод. Методы биологической очистки вод используются прежде всего для извлечения растворенных и коллоидных органических веществ, а также некоторых минеральных примесей (типа сероводорода, сульфидов, аммиака, нитритов и др.). На горнодобывающих предприятиях их рекомендуется применять для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод, а также глубокой очистки шахтных вод от взвешенных веществ и нефтепродуктов.
          Процесс очистки осуществляют с помощью сообществ микроорганизмов, которые используют перечисленные вещества для питания в процессе своей жизнедеятельности и прироста биомассы. Сообщество микроорганизмов (биоценоз) включает обычно множество различных простейших бактерий и ряд более высокоорганизованных организмов (водорослей, грибков и др.), связанных между собой в единый комплекс сложными взаимоотношениями (метабиоза, симбиоза, антагонизма). Число рядов бактерий достигает 5...10, а число видов - несколько десятков и даже сотен.
          Биологическая очистка сточных вод может протекать в аэробных (при обязательном присутствии свободного растворенного в воде кислорода) и анаэробных (без доступа воздуха) условиях. В первом случае происходит окисление, а во втором восстановление загрязняющих веществ. Соответственно этому микроорганизмы разделяются на две группы: аэробные и анаэробные. Процесс окисления вещества действием аэробных бактерий (в присутствии кислорода) называется биохимическим процессом очистки сточных вод, а под действием анаэробных бактерий - биологическим. Анаэробные бактерии осуществляют свою жизнедеятельность, используя кислород, содержащийся в различных химических соединениях - нитритах, нитратах, сульфатах и др., восстанавливая последние [4].

Заключение

          Добыча угля подземным способом не может производиться без откачки шахтных вод на поверхность. Выдаваемая из шахты вода загрязнена в разной степени взвешенными и коллоидными веществами, растворенными минеральными веществами (солями), бактериальными примесями и поэтому, как правило, не может быть использована полностью в народном хозяйстве или сброшена в водоем без предварительной очистки.
          Опыт применения рассмотренных выше методов показывает, что техническим решениям осветления шахтных вод в наземных условиях присущи крупные недостатки:
          а) сложность технологических схем и конструктивного исполнения очистных сооружений;
          б) необходимость использования в процессах очистки в больших количествах дефицитных и дорогостоящих химических реагентов; кварцевого песка; сорбентов и других материалов (при этом реагенты сами являются загрязнителями вод);
          в) высокая стоимость очистных сооружений (от 6 до 15% основных фондов);
          г) недостаточная гибкость их реагирования на изменяющиеся условия поступления загрязненных вод на вход очистных сооружений, а именно на изменение величины расхода (притока) и особенно количественного и качественного состава примесей загрязненных вод;
          д) отсутствие простых и надежных решений по чистке емкостей и аппаратов от остаточных продуктов очистки вод (т.е. “хвостов” в виде осадков, фильтратов и др.), регенерации наполнителей аппаратов (фильтрующей загрузки, сорбентов и др.), а также по складированию остаточных продуктов и их утилизации;
          е) отторжение значительных земельных площадей под очистные сооружения.
          Указанные недостатки приводят к двум отрицательным последствиям:
          - во-первых, несоответствию проектной эффективности очистных сооружений реальной (как правило, в натурных условиях реальная эффективность значительно ниже проектной);
          - во-вторых, ограничению применения в полном объеме технологических схем и сооружений для очистки вод. Осветление часто ограничивается лишь одной стадией, а именно отстаиванием в горизонтальных секционных отстойниках, причем без применения реагентов, и прудах-осветлителях небольшой емкости.
          Загрязнение окружающей среды шахтными водами является острой экологической проблемой угольной промышленности, научно-исследовательские работы в этом направлении проводятся, однако стадии широкого промышленного внедрения еще не достигли.
          Для решения этой экологической проблемы необходимо осуществить модернизацию и техническое переоснащение предприятий страны, разработать и внедрить новые технологические схемы очистки шахтных вод.
          В последние годы развивается новое направление охраны водных ресурсов в угольной промышленности: снижение загрязненности шахтных вод от взвешенных веществ в подземных горных выработках. Его актуальность обусловлена увеличивающейся долей условно чистых вод из погашенных выработок на действующих глубоких шахтах, число которых растет. Водоприток условно чистых вод на шахтах колеблется в пределах 65—90 %. Однако в процессе движения по открытым водосливным канавкам транспортных выработок такие воды смешиваются в главных водосборниках с малыми объемами вод, которые откачиваются с разрабатываемых горизонтов и постепенно загрязняются. Учитывая народнохозяйственную ценность условно чистых вод, целесообразно предотвращать их загрязнение с помощью профилактических мероприятий, осуществляемых на водотранспортных цепочках действующих горизонтов и перед подходом к главным водосборникам, т. е. в подземных условиях.
          Важнейшим этапом является обеспечение качества шахтных вод при их отведении в поверхностные водные объекты. Оно достигается очисткой последних, под которой понимается их обработка с целью разрушения и удаления из них вредных веществ. Очистка шахтных вод заключается в их осветлении (извлечение взвешенных веществ), обеззараживании, деминерализации, снижении кислотности, обработке и утилизации осадков.
          В результате очистки вод снижается их отрицательное воздействие на состояние поверхностных водных объектов. Кроме того, благодаря очистке шахтные воды подготавливаются для использования на производственные нужды самой шахты, соседних предприятий, а также в сельском хозяйстве. Чаще всего такие воды применяются на обогатительных фабриках и установках с мокрым обогащением угля; для профилактического заиливания, тушения породных отвалов, гидрозакладки выработанного пространства и гидротранспорта; в установках и устройствах для борьбы с пылью на технологическом комплексе поверхности шахт и обогатительных фабриках; в котельных (включая золоудаление); в стационарных компрессорных, дегазационных установках и кондиционерах.
          Опыт эксплуатации поверхностных одноступенчатых отстойных сооружений показывает, что эффективность их работы недостаточна для получения условно чистых вод, составляя на практике 20..40 %, т. е. в среднем 30 %. Таким образом, необходимо усовершенствование известных и разработка новых методов и технологических схем осветления шахтных вод. Чтобы сократить потери на строительство очистных сооружений, уменьшить земельные отводы под строительство промплощадок и повысить эффективность работы очистных сооружений необходимо стремиться к недопущению чрезмерного загрязнения шахтных вод и осветлению их во всех звеньях канализации от действующих очистных и подготовительных забоев до поверхности.
          Прежде всего, на современном этапе промышленного развития необходимо повысить значение профилактических мероприятий, направленных на предварительное уменьшение или полное предупреждение загрязнения шахтных вод в пределах первичных источников их образования [4].
          Профилактические мероприятия, предупреждая или уменьшая загрязнение вод, делают в одних случаях не требуемым строительство очистных сооружений, а в других – уменьшают нагрузку на них, а тем самым упорядочивают их работу, повышают эффективность и надежность, уменьшают габариты сооружений.
          Из этих соображений уместен перенос операций по осветлению (отстаиванию) шахтных вод с поверхности в подземные условия.

Литература